космический мониторинг последствий подъема уровня моря на
реклама
Секция 4 КАТАСТРОФИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ В БЕРЕГОВОЙ ЗОНЕ И ДЕЛЬТАХ РЕК КАСПИЯ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ НЕДАВНИХ ИЗМЕНЕНИЙ УРОВНЯ МОРЯ: ИССЛЕДОВАНИЕ ПО МНОГОВРЕМЕННЫМ КОСМИЧЕСКИМ СНИМКАМ В.И. Кравцова, В.Н. Михайлов Географический факультет Московского государственного университета, 119992, Москва, Россия ВВЕДЕНИЕ Недавний быстрый подъем уровня Каспийского моря (от -29,01 м в 1977 г. до -26,66 м в 1995 г. с последовавшим медленным снижением до -27,20 к 2001 г.и небольшим повышением до-27,00 к 2005 г.) моделирует ситуацию, ожидаемую на берегах Мирового океана в XXI в. в связи с глобальным потеплением. Поэтому Каспийское море может служить уникальной естественной лабораторией для изучения реакции береговой зоны и устьев рек на колебания уровня моря. Лаборатория аэрокосмических методов кафедры картографии и геоинформатики и кафедра гидрологии суши географического факультета МГУ выполняют в течение ряда лет мониторинг реакции низких северо-западных берегов Каспия и каспийских дельт на изменения уровня моря на основе анализа космических снимков. МЕТОДЫ И МАТЕРИАЛЫ Космические снимки (фотоснимки с орбитальных станций Салют-4, 6, спутников Ресурс-Ф и сканерные снимки со спутников Ресурс-О, Landsat, IRS, Terra) использовались для составления серий карт динамики низменного калмыцкого побережья Каспия и дельт рек Урала, Терека, Сулака, Куры. Карты трансгрессивных изменений этих объектов за периоды 1978-1991, 1991-1997 и пост-трансгрессивных изменений за период 1997-2002 масштаба 1:200000 составлены путем компьютерной обработки многовременных спутниковых снимков. РЕЗУЛЬТАТЫ АНАЛИЗА СНИМКОВ КАЛМЫЦКОГО ПОБЕРЕЖЬЯ Калмыцкое побережье северо-западной части Каспийского моря характеризуется низкими отмелыми берегами осушного типа, подверженными воздействию ветровых нагонов. Здесь сформировалась широкая полоса тростниковой ветровой осушки. Анализ космических снимков показывает, что трансгрессивные изменения вдоль этого берега, протянувшегося с севера на юг на 120 км, возрастают с удалением от дельты Волги, создающей «буферный эффект» [1]. В 1978-1991 гг., несмотря на подъем уровня моря на 1,75 м, береговая линия в северной части побережья изменилась очень мало (рис.1). Южная часть Калмыцкого побережья с удалением от дельты Волги испытывала более существенное влияние подъема уровня моря. Здесь наблюдалось затопление края осушки и смещение береговой линии на 1-3 км, сопровождающееся некоторой перестройкой профиля береговой зоны, появлением береговых валов вдоль морского края осушки. Полоса осушки, имевшая ширину 1-2 км, расширилась в сторону суши до 6-10 км, а в тылу осушки образовалась лагуна шириной 1-2 км. Побережье в тылу осушки испытало влияние подъема грунтовых вод – здесь появилась зона подтопления шириной около 3 км. Понижения-ильмени между бэровскими буграми заросли тростником. В 1997-2001 гг. при стабилизации и некотором снижении уровня моря изменения были не столь значительными. Береговая линия вблизи дельты Волги, как и в предыдущий период, почти не изменилась (рис.2). В южной части побережья отмечены разнонаправленные изменения – затопление осушки и появление новых 156 Секция 4 зарослей тростника вдоль берега на расстоянии до 1-2 км. Лагуна в тыловой части осушки исчезла, но образовались узкие полосы воды вдоль старых береговых валов. Вдоль границы осушка-суша в полосе шириной 3-5 км тростник исчез. Таким образом, наблюдается перемещение тыловой границы ветровой осушки в сторону моря, причем в некоторых местах это происходит быстрее, чем отступание береговой линии. На берегу наблюдается аридизация полупустынных равнин, тростниковые заросли в ильменных ложбинах сменяются солончаковыми лугами. Рис.1. Динамика калмыцкой береговой зоны в 1978-1991 гг. 1 – береговая линия (внешний край Рис.2. Динамика калмыцкой береговой зоны в 1997-2001гг. А. Экосистемы, не претерпевшие тростниковой осушки): 1a – в 1978 г., 1b - в 1991 г.; 2 – подводные аккумулятивные формы, размытые; 3 – затопленная тростниковая осушка (зона отступания берега); 4 – песчаная осушка, появившаяся (зона выдвижения берега); 5 – береговые валы; 6 – тростниковая осушка: 6a – сохранившаяся, 6b – появившаяся; 7 – лагуны, сформировавшиеся в тылу тростниковой осушки; 8 – зона подтопления вдоль лагун; 9 – солончаковые луга и заросли тростника в ложбинах между бэровскими буграми: 9a – сохранившиеся; 9b – появившиеся; 10 – полупустынная равнина; 11 – внутренние водоемы: 11a – сохранившиеся. 11b – появившиеся; 12 – каналы; 13 – городская застройка; 14 – море; 15 – границы: 15a – сохранившиеся и появившиеся, 15b – исчезнувшие существенных изменений: 1 – тростниковая осушка: 1a – с густой растительностью. 1b – с разреженной растительностью; 2 – сухостепные и полупустынные равнины суши; 3 – море; 4 – внутренние водоемы. B. Экосистемы, претерпевшие изменения: 5 – затопленная тростниковая осушка (зона отступания берега); 6 – тростниковая осушка, появившаяся на месте моря (зона выдвижения берега); 7 – тростниковая осушка деградирующая; 8 – сухостепная и полупустынная растительность, появившаяся на месте: 8a – тростниковой осушки с усыхающей растительностью, 8b – тростниковой осушки с густой растительностью и зарослей тростника в ложбинах между бэровскими буграми 157 РЕЗУЛЬТАТЫ АНАЛИЗА СНИМКОВ КАСПИЙСКИХ ДЕЛЬТ Колебания уровня Каспийского моря сильно влияют не только на береговую зону, но и на процессы в устьях рек. Динамика каспийских дельт связана со значительным падением уровня в 1930-1970-х годах, интенсивным подъемом в 1978-1995, сменившимся некоторой стабилизацией, а также с антропогенным уменьшением стока наносов рек. Этот этап динамики дельт исследован практически для всех крупных каспийских дельт (за исключением Волги) – Урала, Терека, Сулака, Куры. Дельта реки Урала Как и другие каспийские дельты, дельта р. Урала изменяла свои размеры в длительный период регрессии моря. Формирование современной дельты началось с XVIII в. Рост дельты был обусловлен падением уровня моря и накоплением наносов. В 1977-1995 подъем уровня моря привел к затоплению периферийной части дельты и зарастанию ее тростником, который к 1992 г. сформировал вдоль береговой линии пояс шириной 15-30 км. В тыловой части тростникового пояса образовались окна открытой воды – лагуны – шириной 3-5 км. Сухая дельта превратилась в заболоченную. Но после 1992 г., когда подъем уровня превысил 1,7 м, тростниковый пояс начал разрушаться со стороны моря и береговая линия начала смещаться в сторону суши. В 1992-1996 гг. это наступание береговой линии достигло 3-5 км. Речные русла, ранее высохшие, наполнились водой. В 1996-2001, когда уровень моря начал постепенно снижаться, тростниковый пояс вновь стал расширяться и его внешние границы продвинулись в сторону моря на 1 км; тростник распространился в лагуны, и широкие окна открытой воды превратились в узкие полосы шириной 1-2 км. Обводненные речные русла вновь стали сухими. Таким образом, для дельты Урала характерна специфическая реакция на колебания уровня моря – формирование вдольберегового тростникового пояса и его расширение или сокращение в зависимости от изменения глубины при колебаниях уровня моря. Дельта реки Терека Дельта р.Терека имеет длительную и сложную историю развития. Исследованы 7 стадий формирования дельты за последние 500 лет [3]. После Каргалинского прорыва в 1914 г. старые северные рукава отмерли и речной поток сконцентрировался в главном восточном русле. К моменту наиболее низкого уровня Каспия в 1977 г. восточный рукав Терека – Аликазган – впадал в Аграханский залив, быстро выдвигая свою дельту. Опасность наводнений в 1960-х годах обусловила строительство искусственного канала через Аграханский п-ов. В 1973 г. вода прорвалась через защитную дамбу и началось формирование небольшой «новой» дельты на открытом побережье Каспия. Но это привело также к высыханию Аграханского залива. Искусственный канал был перекрыт для предотвращения неблагоприятных экологических явлений. В 1977 г. он был вновь открыт и на берегу Аграханского п-ова продолжилось формирование «новой» дельты Терека. В 1978-1991, в период быстрого подъема уровня моря, дельта существенно изменилась, Аграханский залив, прежде почти сухой и заросший тростником, вновь наполнился водой. Вдоль берегов Аграханского полуострова сформировался барьерно-лагунный комплекс, что представляет типичную реакцию низменных каспийских берегов на подъем уровня моря. На восточном берегу Аграханского полуострова «новая» дельта Терека, выдвинувшаяся к началу трансгрессии на 0,4 км, продолжила свой рост, несмотря на подъем уровня моря. К 1991 г. устье выдвинулось на 1,8 км, к 2002 г. – до 2,3 км. Дельта реки Сулака Динамика дельты р. Сулака связана с периодическими изменениями направления русла и места впадения в море. Современная дельта начала формироваться 200 лет назад. Стадии ее формирования детально проанализированы [2,3,5]. К 1978 г. здесь существовали вторая причлененная дельта («старая») с Сулакской косой и третья причлененная дельта («новая»). Кардинальные изменения произошли в результате подъема уровня моря и антропогенного сокращения стока наносов (с 1975 г.). 1978-1991. В период резкого подъема уровня моря бала затоплена большая часть «старой» и «новой» дельт (рис.3). Восточный берег дельты был размыт волнением, береговая линия сместилась на 1 км к западу. Под действием процессов размыва и абразии Сулакская коса стала короче на 4 км и переместилась на 1 км в западном направлении. Площадь «старой» дельты уменьшилась на 21 км2. «Новая» дельта была почти полностью размыта. По обоим сторонам от устья сформировались лагуны. Площадь дельты уменьшилась за этот период с 70,6 до 46,4 км2 (на 34%). Среднегодовое уменьшение площади составило 1,85 км2/год. 1991-1997. В этот период изменения дельты были не столь значительны, как в предыдущий, в связи с прекращением подъема уровня моря после 1995 г. и его дальнейшей стабилизацией и некоторым снижением. Темп сокращения площади дельты уменьшился до 0,2 км2/год. Размыв восточного края «старой» и «новой» дельт продолжался, Сулакская коса выросла до 12 км и присоединилась к аграханскому берегу. В этот период площадь всей дельты уменьшилась лишь на 1,2 км2. Дельта реки Куры Современная дельта р. Куры в южной части западного побережья Каспия сформировалась в устье реки с большим стоком наносов. Несмотря на уменьшение стока наносов в связи с созданием Мингечаурского водохранилища (1953), выдвижение дельты продолжалось, так как падение уровня моря компенсировало сокращение стока наносов [4]. К 1978 г. площадь дельты достигла 189 км2, а длина составляла 30 км (рис.4). Рис.3. Изменения дельты реки Сулака в 1978-1991 гг. (I) и 1991-1997 гг. (II): Рис.4. Изменения дельты реки Куры в 1978-1993 гг. (I) и 1993-2000 гг. (II): 1 –вода на обе даты; 2 – вода на месте суши; 3 – суша на месте воды; 4 – суша на обе даты 1 –вода на обе даты; 2 – вода на месте суши; 3 – суша на месте воды; 4 – суша на обе даты 160 В 1978-1995 эволюция дельты определялась подъемом уровня моря на 2,35 м. Низменные периферийные части дельты начали затопляться. Снимки показывают также формирование берегового бара вдоль северо-восточного берега дельты. Кардинальные изменения дельты Куры произошли к 1993 г. – как раз перед максимумом последней трансгрессии моря. Большая часть дельтового выступа была затоплена, длина дельты уменьшилась на 10 км. Вдоль прежнего русла сохранились лишь узкие острова (старые прирусловые валы). По сравнению с 1978 г. площадь дельты уменьшилась на 78 км2 (41%) и составляла 111 км2. В 1995-2001 постепенное снижение уровня моря (к 2001 на 0,54 м) привело к новым изменениям строения дельты. Мелководные участки залитой водой дельты вновь стали зарастать тростником. Площадь дельты выросла на 25 км2 и в 2001 г. достигла 136 км2. Обширные понижения в пределах дельты были залиты водой. Существенные изменения произошли в гидрографической сети. При высоком уровне моря речные воды прорвались через правый берег основного рукава и повернули на юго-запад. Поток воды по бывшему юго-восточному руслу прекратился, и отмершее русло заросло тростником. В море, вблизи бывшего устья, из материала размыва дельты сформировалась в юго-западном направлении новая коса длиной 3 км. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Наиболее важные черты реакции низких отмелых осушных берегов на колебания уровня моря - формирование лагунного комплекса, расширение зоны ветровой осушки, ее перемещение в сторону суши, а затем разрушение этой зоны при подъеме уровня моря более чем на 2 м. Смена подъема уровня моря его стабилизацией и некоторым снижением приводит к перемещению тыловой границы осушки в сторону моря, которое начинается раньше, чем продвижение в море фронтальной границы тростниковой осушки. Для дельт выдвижения при подъеме уровня моря характерны следующие изменения: затопление низких периферийных частей; волновая абразия ставшего более глубоким берегового склона и формирование кос из материала абразии; формирование барьерно-лагунного комплекса; перестройка гидрографической сети. Реакция Калмыцкой береговой зоны и дельт на подъем уровня Каспийского моря может быть использована в качестве аналога при прогнозировании процессов, которые могут происходить в береговых зонах и речных дельтах мира в случае предполагаемого глобального подъема уровня моря. Исследование выполнено по гранту РФФИ 05-05-65110 и проекту Ведущих научных школ НШ-8306.2006.5 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Kravtsova, V.I., Lukyanova, S.A. Dynamics of low-lying Kalmykian coast under the Caspian Sea level rise conditions; 1990’s. In: Proceedings of 19 International Cartographic Conference. Ottawa. 1999. CD-ROM. 2. Леонтьев О.К., Лукьянова С.А., Соловьева Г.Д. Динамика морского края дельты реки Сулак // Вестник Моск. ун-та. Серия 5. География. 1987.№2. С.83-87 3. Михайлов В.Н. Устья рек России и сопредельных стран: прошлое, настоящее и будущее. М.:ГЕОС. 1997. 445 с. 4. Михайлов В.Н.. Кравцова В.И., Магрицкий Д.В. Гидрологические и морфологические процессы в дельте реки Куры // Водные ресурсы. 2003.Т.30. №5. С.495-508. 5. Михайлов В.Н.. Кравцова В.И., Магрицкий Д.В. Особенности развития современной дельты реки Сулака // Водные ресурсы.2004. Т.31. №2. С.117-131.